Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

110 Materialwissenschaft, Mikro- und Nanotechnik 24 Zur Speicherung von Daten verwendet man heute vor allemmagnetische Speichermedien mit hoher Daten- dichte (Festplatten) und optische Speichermedien wie CDs und DVDs. Eine Kombination beider Tech- nologien besteht in einer magnetischen Datenspei- cherung mit Hilfe des optischen Nahfeldes ( near field recording, NFR). Unter einem Schreibkopf dreht sich eine Platte mit einer magnetisierbaren Oberfläche sehr schnell. Die Geschwindigkeit ist dabei so hoch, dass der Schreibkopf ähnlich wie bei Festplattenlauf- werken durch einen Luftpolster etwa 150 nm über der Oberfläche getragen wird, ohne die Platte zu berüh- ren. Im Schreibkopf sind ein Linsensystem und eine Magnetspule eingebaut. Durch das Objektiv wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche fokussiert. Das Objektiv ist so nahe an der Oberfläche, dass im Speichermedi- um evaneszente Wellen erzeugt werden, die zu einer starken Erhitzung des Mediums führen. Durch einen relativ schwachen magnetischen Puls entsteht dann ein magnetisierter Punkt im Medium. Die Verwen- dung evaneszenter Wellen erlaubt ähnlich wie beim Ultramikroskop extrem hohe Auflösungen und damit eine höhere Datendichte als bei herkömmlicher Da- tenspeicherung. Elektronik Innerhalb der Mikroelektronik benötigt man zwischen den Halbleiterbauteilen leitende Verbindungen in µm-Bereich. Diese werden durch lithographische Verfahren hergestellt. In Entwicklung befinden sich Drähte im nm-Bereich auf der Basis von Kohlenstoff- nanoröhren, Ketten von einzelnen Metallatomen und Drähten aus organischen Molekülen. 24.4.2 Kondensatoren im nm-Bereich, hergestellt aus SAMs, und Transistoren , die mit Strömen von einzelnen Elektronen arbeiten, lassen eine weitere Stufe der Mi- niaturisierung in der Elektronik erwarten. Quantencomputer Eine Grenze für die Miniaturisierung innerhalb der Elektronik wird erreicht, wenn die Bauelemente der Schaltungen so klein werden, dass sich auf Grund der Heisenberg´schen Unschärferelation keine definier- ten elektrischen Zustände (1 oder 0) mehr herstel- len lassen, bzw. die Anordnung so klein ist, dass eine Messung eines Zustandes den Zustand selbst zu sehr beeinflusst. Diese Grenze bietet aber gleichzeitig eine neue Chance für die Entwicklung von Quantencom- putern. In Quantencomputern sind die Informationen in überlagerten Zuständen von Atomen gespeichert. Ein quantumbit oder qbit kann die Zustände 0 und 1 gleichzeitig enthalten. Das bedeutet, dass man mit n qbits gleichzeitig 2 n Zahlen speichern kann. A1 Begründe, warum man mit n qbits gleichzeitig 2 n Zahlen speichern kann! Während also ein herkömmliches Register mit 4 bits genau eine von 16 Zahlen speichert, kann man mit 4 qbits 16 Zahlen gleichzeitig speichern. 24.4.3 Abb. 110.1 NFR Datenschreibkopf (SIL = Solid Immersion Lense) 150 nm Heizlaser magnetisierte Punkte Objektiv Abstand durch Luftkissen magnetisches Material Trägermaterial Linse mit einem großen Brechungs- index (SIL) Magnetspule (Schreiben und Lesen) Abb. 110.2 Elektrische Leiter im Nanobereich: Kette aus Metalla- tomen, Nanoröhre und molekularer Draht Kette aus einzelnen Metallatomen Kohlensto - Nanoröhre molekularer Draht Abb. 110.3 In einer Ionenfalle gefangene 40 Ca + -Ionen mit einem Abstand von etwa 10 µm. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv